石油鉆具缺陷的磁記憶檢測試驗研究

摘 要：在石化企業中，如果使用的鉆具有缺陷，就會出現鉆具斷裂和刺穿的現象，給油田帶來了一定的經濟損失。為了確保石油鉆具能夠正常的使用，需對鉆具缺陷進行一定的檢測。而常用的磁粉探傷、射線檢測都有一定的不足。而磁記憶檢測的方法，可以對鉆具缺陷進行更靈敏的檢測，并能夠開展壽命預測和等級判別。本文就此對石油鉆具缺陷的磁記憶檢測進行研究，闡述了鉆具缺陷的形式、檢測鉆具缺陷方法的缺點。并對石油鉆具缺陷開展了具體的磁記憶檢測試驗。

關鍵詞：鉆具缺陷 磁記憶檢測 試驗 荷載

中圖分類號：TE921 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0062-01

石油鉆具長期受到彎曲、扭壓、振動等應變力的影響，容易出現疲勞損壞。疲勞應力會使得鉆具的螺紋接頭斷裂。而鉆桿容易受到地層流體和鉆井液的腐蝕。使用前如果不仔細的檢測鉆具，那么便不能控制好具體的損傷程度。會使得在鉆井時發生斷裂和刺穿的事故，造成經濟損失。根據材料力學的分析，任何金屬構件受到拉伸荷載的影響，在損壞的過程中會面臨塑形變形和彈性變形兩大階段。研究石油鉆具接頭時，需分析好鉆具接頭受力的磁場變化，并研究好螺紋試件的塑性和彈性階段問題，為研究鉆具螺紋的應力提供理論和試驗基礎。

1 鉆具的缺陷形式

鉆具的缺陷形式主要有三種，即鉆桿、鉆鋌和轉換接頭。其中，鉆桿事故是最主要的鉆具事故，約占60%的總事故。鉆桿缺陷主要是管體刺穿和接頭螺紋斷裂。而造成這樣的原因主要是由于腐蝕疲勞；鉆鋌缺陷類型主要是鉆鋌螺紋斷裂。外螺紋的斷裂是在臺肩第3螺紋牙部位。內螺紋斷裂是在嚙合處的螺紋牙部位。造成這樣的原因，主要是因為應力集中和螺紋幾何形狀在交變應力中的疲勞裂紋，由于腐蝕應力和循環應力的擴展，從而發生斷裂；轉換接頭發生失效主要是由于裂紋滑脫和斷裂的影響。

2 檢測鉆具缺陷的常用方法

2.1 磁粉檢測

磁粉檢測主要是用染色劑和鐵磁粉組合的混合物檢測物體表面，具有較好的檢測靈敏度。磁粉在探傷時，需先做好受檢表面的處理工作。先打磨處理一段時間，再施加一部分的磁懸液，確保是均勻濃度的磁粉。用膠帶紙貼在磁痕上，再揭下做好記錄，從而評定鉆具的缺陷部位和程度。磁粉檢測存在磁污染，不太適用于檢測鉆具缺陷。

2.2 射線檢測

射線檢測是依靠射線光束在檢測物體內的散射和穿透而獲取密度不同的缺陷圖像。顯示的比較直觀，而且能夠保證記錄。用射線進行檢測時，需認真考慮鉆具的形狀，選擇標準的參數，例如增感屏的厚度和材料、膠片類型等。得到底片后對底片進行評定。射線檢測的工藝很復雜，而且缺乏準確率。

2.3 超聲波檢測

超聲波檢測是依靠超聲波的折射和反射來獲得鉆具內部缺陷的信息，并且能夠測量出最終的結果。超聲波檢測時，讓聲束能夠與鉆具保持垂直，在發現到缺陷后，做好確切的標記，記錄好缺陷的長度和深度。超聲波檢測的精度很低，而且沒有直觀的數據，要求鉆具的形狀和表面保持平坦，因此不怎么適用于石油鉆具缺陷的磁記憶檢測試驗。

3 磁記憶檢測的基本原理

具有鐵磁性的金屬構件，在地磁場和工作載荷的雙重影響下，其生產與運轉過程中某些區域，會集中了設備的變形和應力，出現磁疇的區域定向，并開始了不可逆轉的取向現象。而這樣的磁性狀態的承受載荷雖然受到了消除，但不會出現消失，并且和最大作用應力存在著或多或少的聯系。集中了應力和微觀缺陷的區域，會出現磁場的記憶，這也就是磁記憶效應。

4 磁記憶檢測石油鉆具缺陷的試驗

4.1 測試準備

4.2 試驗的具體步驟

4.3 分析結果

在加載試驗中，加載的初期，荷載力比較小，試件的磁記憶信號為平滑的曲線，沒有什么較大的波動變化。這就說明荷載小時，應力對試件存在較小的影響程度。

而隨著荷載力度不斷增加，一些位置上的磁記憶信號開始出現波動，這就說明了試件受到的應力如果不斷的增加，那么其內部組織也由此出現了一定的變化，甚至在一些特殊部位出現了應力集中。

等到逐步加載到某一值時，磁記憶的信號會發生很明顯跳動，這就證明試件內的某一個地方的應力已經是最大值，試件已經達到了屈服極限。由此可以看出，用磁記憶測試的信號可以明確的反映出不同應力下的試件特征。

5 結語

在拉伸試驗中我們發現，不同應力下的試件，測試所獲得的磁記憶信號也各不相同。磁記憶信號既能夠表現出鉆具的應力情況，也能夠用具體的磁記憶信號證實鉆具缺陷的情況。磁記憶檢測可以對鉆具開展壽命預測和等級判別。而通過試驗發現，磁記憶信號還能定量分析鉆具的應力情況。磁記憶檢測方法與其他的檢測方法相比，更適用于檢測鉆具的缺陷。應積極的研究，并逐步的向石化行業推廣。

參考文獻

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